silenziamento
silenziamento In genetica molecolare, inattivazione dell’espressione genica. Anche se comprende i fenomeni di controllo epigenetico dell’espressione genica mediati da modificazioni ereditabili del DNA (➔ metilazione) o della struttura della cromatina, il termine si riferisce più specificamente a un gruppo di fenomeni di inattivazione dell’espressione genica indotti da interazioni fra sequenze di DNA omologhe.
Uno dei primi casi studiati di s. genico determinato dall’interazione tra alleli è stato il fenomeno osservato nelle piante e chiamato paramutazione. Questo fenomeno si verifica quando l’attività di un allele normale (definito paramutabile) si ruduce in conseguenza del fatto che esso si trova in condizione di eterozigosi con uno speciale allele, detto paramutagenico. Il s. genico dell’allele paramutabile è correlato con l’aumento della metilazione del DNA e la condensazione della cromatina che inducono il blocco della trascrizione genica; esso fa parte quindi, insieme all’imprinting dei fenomeni di eredità epigenetica (➔ epigenesi).
Con lo sviluppo delle tecnologie del DNA ricombinante (➔ biotecnologie) e della possibilità di produrre organismi transgenici introducendo in essi DNA estraneo, è stato notato che molto spesso la presenza di transgeni interferisce con la normale espressione dei geni endogeni quando questi sono omologhi ai transgeni introdotti. Generalmente, si osserva che l’espressione sia dei geni endogeni sia dei transgeni introdotti viene soppressa in maniera coordinata (cosoppressione). La cosoppressione può avvenire sia a livello della trascrizione sia a livello post-trascrizionale. L’ipotesi più accreditata è che i transgeni possono interagire appaiandosi con i geni residenti sulla base dell’omologia di sequenza, formando così strutture ibride che vengono riconosciute da proteine specifiche, fra le quali la DNA-metiltransferasi, coinvolte nel rimodellamento della cromatina. Viceversa, nei casi in cui il s. agisce a livello post-trascrizionale, i geni silenziati sono trascritti normalmente, ma gli RNA messaggeri vengono eliminati attraverso l’attivazione di un meccanismo di degradazione sequenza-specifico. Gli studi effettuati nella seconda metà del 1990 hanno rivelato l’esistenza di un s. genico post-trascrizionale universalmente conservato, che è stato infatti osservato in una grande varietà di organismi appartenenti sia al regno vegetale sia a quello animale. Questo tipo di s. può venire indotto non solo da transgeni ma anche dall’introduzione di molecole di RNA a doppio filamento, in un fenomeno conosciuto come RNAi (RNA interference).
Il meccanismo di degradazione sequenza-specifico appare straordinariamente efficiente e complesso, e coinvolge l’azione di molti fattori cellulari. I loci che attivano il s. mostrano generalmente un’organizzazione complessa, con la presenza di molte copie di DNA transgenico disposte in ripetizioni sia dirette sia invertite. Si ritiene che queste zone del genoma possano dare origine alla trascrizione di particolari molecole di RNA, definite aberranti, che vengono riconosciute dal macchinario cellulare attivando una cascata di eventi che conduce alla degradazione degli RNA messaggeri omologhi. In breve, si crede che l’RNA aberrante venga prima convertito in un RNA a doppio filamento da enzimi specifici, chiamati RNA-polimerasi RNA-dipendenti. Successivamente, l’RNA a doppio filamento viene frammentato in piccoli tratti costituiti da 20-25 nucleotidi. Tali piccoli RNA probabilmente funzionano come guide nel dirigere l’azione di specifiche ribonucleasi solo sugli RNA messaggeri omologhi, attraverso appaiamenti RNA-RNA.
La conservazione evolutiva di un tale meccanismo suggerisce un ruolo essenziale del s. in tutti gli organismi. Nelle piante, l’infezione virale attiva il meccanismo del s., che le rende immuni o comunque maggiormente resistenti alle infezioni; diversi studi suggeriscono inoltre che il s. genico costituisca proprio il loro principale sistema di difesa contro i virus. Piante mutanti nel meccanismo di s. genico sono infatti più suscettibili alle infezioni. Un’ipotesi attendibile è pertanto che questo fenomeno faccia parte di un sistema universale di protezione delle cellule nei confronti di virus o di trasposoni. I virus hanno elaborato sistemi per sopravvivere sottraendosi al fenomeno del silenziamento. Si è osservato, infatti, che tale fenomeno è inibito da numerose proteine codificate dal DNA di diversi virus. Analogamente, è stato osservato che anche l’espressione di diversi trasposoni è sensibile al s. e che l’espansione di tali elementi è maggiore in ospiti difettivi in questo processo.